在工业生产过程控制中经常需要对某些控制变量进行精确测量，然后通过微型计算机计算出校正量进行控制。传统的NYQUIST率ADC(如积分型、逐次比较型、闪烁型等)无法满足精度要求，美国ANALOG DEVICE公司最近推出的低价、高分辨率A/D器件AD7711A采用了Δ－∑原理，可实现高达24位的分辨率。由于Δ－∑原理采用了过采样、噪声成行和数字抽取^[3]等技术，可用较低的成本实现很高的分辨率，并且噪声小、抗干扰能力强，因此特别适合于低频率、高分辨率、宽动态范围的A/D转换。
1 AD7711A的主要特点
　　·高精度，24位无漏码，输出±0.0015%的非线性。
　　·采用Δ－∑转换结构，成本低、噪声小、抗干扰能力强。
　　·内置可编程增益放大器，增益范围1～128，可与传感器直接相连，输入为双通道，可切换。
　　·内置可编程数字低通滤波器。
　　·内设自校准电路，有8种可选择校准模式，并可直接读写自校准寄存器，有效地去除了零点漂移和增益误差。
　　·低功耗(典型应用时为25mW)并有省电的待机模式。
　　·双向串行接口，可方便地与微处理机和DSP芯片连接。
　　内置的可编程增益放大器使AD7711A能直接和传感器相连。当参考电压为2.5V，内置放大器增益从1变到128时，可接受的信号范围由0～20mV变到0～2.5V(单端)。提供了RTD激励恒流源，简化了RTD测量温度的电路设计。AD7711A片内的24位可读写控制寄存器使微处理机或DSP芯片能方便的控制数字滤波器的截止频率、输入放大器增益、通道选择以及自校准模式。AD7711A的一般主时钟频率为10MHz，可用单或双电源供电。A/D转换速率和数字滤波器的第一陷波处的频率相等(即可编程控制)。

2 AD7711A的内部结构
　　AD7711A的内部结构如图1，它包括一个Δ－∑ADC、数字滤波器、可编程放大、时钟发生器、24位控制/数据/校准寄存器、400μA恒流源。AD7711A的引脚中SCLK为串行时钟输入端；MCLKIN和MCLKOU为主时钟频率的连接端；A0为寄存器地址选择，A0置低时选控制寄存器，置高时选数据或自校准寄存器；SYNC脚为数字滤波器复位端；MODE选择数据传输的时钟 方式(外时钟或内时钟)；AIN1+、AIN－、AIN2+、AIN2－分别为两路信号的输入端；SDATA为串行数据的输出/输入端；为A/D转换完成端，低电平有效；RFS、TFS分别为输入或输出帧同步端；IOUT为400μA恒流源的输出端，可用作RTD的激励电流；REFOUT为参考电压(2.5V)输出端，REFIN－和REFIN+为外加参考电压输入端。AD7711A片内的数字滤波器为Sinc³或(Sinx/x)³,第一陷波频率由控制寄存器中的第12～23位的值决定，数字滤波器的3dB截止频率为第一陷波频率的0.262倍，并等于A/D的转化速率。AD7711A的24位可读写控制寄存器的功能说明如表1。其中MSB为BIT0，LSB为BIT23。

3 AD7711A的应用
3.1 高精度橡胶硫化温控系统简介
　　橡胶的硫化是橡胶生产中的关键环节，整个硫化过程对温度的要求很高，从室温升高到设定温度的超调量不超过±0.3°C,硫化温度稳定在设定温度±0.3°C的范围内。当加料等其它干扰引起的温度变化时，系统稳定温度的重建时间要求在45秒内。本系统通过RTD测量硫化反应室的温度，通过PID调节器控制加热装置，从而达到对硫化温度的精确控制。传统的A/D转换器没法达到分辨率要求，因温度信号属于缓慢变化的信号，但AD7711A片内集成的高稳定性的RTD激励恒流源使AD7711A成为理想的选择。图2为整个硫化温控系统框图。

3.2 AD7711A与单片机的接口
　　由于AD7711A的数据串行输出格式和8751单片机的串行格式相反，所以本设计中不使用8751的串行口，而采用P1口直接和AD7711A相连。P1.0与A0相连来选择寄存器，读写数据的时钟信号由P1.2给出，串行数据由P1.3读入或写出，和INT1相连，数据转换完毕后用中断方式激活数据读取程序。温度信号单端输入，另一通道用于测搅拌器的扭矩，用电桥平衡法测量。具体连接见图3。

3.3 AD7711A的读写时序和单片机代码
　　读写数据、控制、校准寄存器都通过SDATA数据线串行读写。数据A/D转换完毕后置低，引起中断，由A0选择数据寄存器，RFS置低使读取数据有效，每次SCLK上升沿时读一位数据。读写时序如图4。

　　读数据程序代码：
　　RD： SETB A0；读数据寄存器
　　　　　　SETB TFS；
　　　　　　CLR RFS；置0使数据有效
　　　　　　CLR SCLK；
　　　　　　MOV R1，#3；
　　RDD： MOV R2，#8；
　　RDDD： SETB SCLK；时钟置高
　　　　　　MOV C，SDATA；读1位
　　　　　　CLR SCLK；
　　　　　　RLC A；
　　　　　　DJNZ R2，RDDD；是否读完1BYTE
　　　　　　MOV ＠R0，A；数据存入＠R0区
　　　　　　INC R0；
　　　　　　DJNZ R1，RDD；
　　写控制寄存器程序代码：
　　WR： CLR A0；写控制寄存器
　　　　　　SETB RFS；
　　　　　　CLR TFS；使写入数据有效
　　　　　　CLR SCLK；
　　　　　　MOV R1，#3；
　　WRR： MOV R2，#8；
　　　　　　MOV A，＠R3；由＠R区读数据
　　WRRR： RLC A；
　　　　　　MOV SDATA，C；
　　　　　　SETB SCLK；时钟置高
　　　　　　CLR SCLK；
　　　　　　DJNZ R2，WRRR；是否写完1 BYTE
　　　　　　INC R3；
　　　　　　DJNZ R1；WRR；

3.4 PID调节器
　　PID控制结构如图5。T_r(k)、T(k)分别为反应室温度的设定值和测量值。误差e(k)＝T_r(k)－T(k),u(k)为PID输出的调节量。
　　本系统的PID调节器采用离散PID算法：
　　
　　将式(1)两边进行Z变换，得PID调节器的传递函数：
　　
　　式中 e(k)——调节器输入偏差
　　K_P——对象放大倍数
　　K_I——积分系数
　　K_D——微分系数
　　系统的采样周期取1.2秒，输出u(k)为加热器在1.2秒采样时间内的加热器开启的时间，单位为毫秒。假设受控对象硫化室为一阶惯性加纯延迟环节，测出被控对象的临界增益和临界振荡周期，用Ziegler_Nicholes法整定PID参数^[2]，然后根据实验调节，求出符合实际的PID调节参数：
　　K_P＝50，K_I＝1，K_D＝4000
　　在实际的PID调节中，由于每次采样周期中U的输出最大为1200ms，所以在PID调节控制中需要一些输出限幅，以及对积分项的分离控制。
3.5 结果分析
　　温度控制结果如图6，设定的温度为160°C,进入稳态后波动幅度不超过±0.3°C。从图中看出温度控制精度很高，图中每一行格距离为0.1°C，t1时刻为加料的时间，扰动较少，幅度小于1°C，稳态重建时间＜45秒。并且系统的超调量很小，整个系统精度达到很高的要求。该硫化温控系统由我校仪器系和上海化工机械四厂联合开发，经济效益良好。
参考文献
1 Analog Device Inc.Specification for AD7711A.1995
2 邵惠鹤.工业过程高级控制.上海：上海交通大学出版社，1997
3 钟 珂,陈 键.Δ－∑A/D转换技术及仿真.电子技术应用，1997；23(7)